DE3779744T2

DE3779744T2 - Verfahren und vorrichtung zum nachweis von fremdkoerpern, wie luftblaeschen in einer fluessigkeit.

Info

Publication number: DE3779744T2
Application number: DE8787906232T
Authority: DE
Inventors: D James
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1987-08-10
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2007-08-11
Also published as: EP0276304A4; JPH01500541A; EP0276304B1; EP0276304A1; AU8020587A; AU592477B2; CA1267464A; DE3779744D1; WO1988001377A1; US4752690A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf hämatologische Analysevorrichtungen und auf vollautomatische Analysevorrichtungen, zu deren Betrieb wenig oder gar kein manuelles Eingreifen des Bedien- bzw. Überwachungspersonals erforderlich ist.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine automatische Vorrichtung und ein automatisches Verfahren zur Überwachung von menschlichen Blutproben und zum Nachweis von darin vorhandenen Verunreinigungen, wie z.B. Luftblasen u.ä.
Es wurden bereits die verschiedensten Einrichtungen zum Nachweis von Verunreinigungen in Flüssigkeitsströmen, wie z.B. Luftblasen in hämatologische Vorrichtungen durchströmendem Blut, vorgeschlagen und patentiert.
Die US-A-4 280 495 mit dem Titel "Air Emboli Detection" (Nachweis von Lufteinschlüssen) beschreibt und beansprucht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung in der Herz-Lungen-Bypass- Chirurgie, bei welcher ein modularer Sensor zur lösbaren Halterung einer Blut führenden Rohrleitung in vertikaler Ausrichtung ausgelegt ist und eine LED-Infrarot-Quelle und einen Fotodetektor aufweist. Der Lichtquelle wird eine gepulste Leistung in vorgegebenen periodischen Abständen zugeführt, um die Leistungszufuhr zu einer Blutpumpe beim Nachweis von Emboli zu unterbrechen.
Dieser Aufbau unterscheidet sich weitgehend von dem der vorliegenden Anmeldung.
Die US-A-4 312 341 mit dem Titel "Bubble Detector" (Blasennachweisvorrichtung) beschreibt eine Strömungsmeßvorrichtung zum Nachweis von Blasenbildung in Rohrleitungen, die durch den inneren Flüssigkeitsdruck eine Verformung erfahren. In diesem Fall ist an einer Rohrleitung gegenüber einer Lichtquelle ein Lichtdetektor angeordnet, so daß das durch die Rohrleitung an den Detektor durchgelassene Licht von der in der Rohrleitung vorhandenen Flüssigkeit abhängt sowie von der Form und der lichten Weite der Rohrleitung. Der Flüssigkeitsstrom wird durch eine Steuereinrichtung unterbrochen, wenn das empfangene Licht unter einen vorbestimmten Pegel fällt. Durch Druckänderungen in der Flüssigkeit verursachte Verformungen der Rohrleitung werden durch die Rohrleitung umgebende Formelemente verhindert.
Die vorstehend beschriebene Anordung unterscheidet sich erheblich von der von der Anmelderin beanspruchten Kombination.
Die US-A-4 344 429 mit dem Title "Bubble Detector with Feedback Circuit for Improved Sensivity" (Blasennachweisvorrichtung mit Rückkopplungsschaltung für erhöhte Empfindlichkeit) beschreibt eine Strömungsmeßvorrichtung zur Verwendung mit transparenten Rohrleitungen, die sich den Linseneffekt einer Flüssigkeit innerhalb der lichten Weite der Rohrleitung zur Erfassung der in der Rohrleitung vorhandenen Flüssigkeit zunutze macht. Eine einzelne Lichtquelle ist auf einer Seite der Rohrleitung angeordnet, und zwei schräg versetzte Lichtdetektoren sind auf der anderen Seite der Rohrleitung angeordnet. Die Unterschiede in der Intensität des erfaßten Lichts durch vorhandene bzw. fehlende Flüssigkeit weisen auf eine Blase in der Vorrichtung hin.
Der Aufbau der Anmelderin ist von dieser Anordnung grundverschieden.
Die US-A-4 371 786 mit dem Titel "Method and Apparatus for Detecting Bubbles in a Liquid" (Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis von Blasen in einer Flüssigkeit) betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von in einer Flüssigkeit vorhandenen Blasen, wobei Strahlung durch die Flüssigkeit zu einem auf Strahlung ansprechenden Sensor geleitet wird, und die Differenz zwischen der Sensorantwort bei nicht vorhandener Blase in dem Strahlengang und der Antwort bei vorhandener Blase in dem Strahlengang wird deutlich dadurch erhöht, daß die Strahlung, die den Sensor erreichen kann, auf Wellenlängen beschränkt ist, die von der Flüssigkeit stark absorbiert werden.
Auch diese Vorrichtung unterscheidet sich erheblich von der Blasennachweisvorrichtung und dem Verfahren der Anmelderin.
Die US-A-4 366 384 "Air Bubble Detector" (Blasennachweisvorrichtung) beschreibt eine Vorrichtung, bei der mehrere Lichtsensorpaare entlang einem transparenten Rohr derart angeordnet sind, daß das Licht auf den einen Sensor des jeweiligen Paares gerichtet wird, während es vom anderen Sensor des jeweiligen Paars reflektiert wird. Der Reflektor-Sensor jedes Paars ist zwischen einer Lichtquelle und seinem zugehörigen, das Licht direkt empfangenden Sensor angeordnet. Die Ausgangssignale der beiden Lichtsensoren werden einer Logikschaltung zugeführt, die ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die von den beiden Sensoren erfaßten Lichtsignale im allgemeinen gleich sind, und ein anderes Ausgangssignal, wenn sie im wesentlichen unterschiedlich sind. Ist eine Blase vorhanden, erfassen beide Sensoren eine hohe Lichtsignalleistung.
Die Zweisensor-Blasenerfassungsvorrichtung der vorliegenden Anmeldung unterscheidet sich in Funktion und Aufbau deutlich von den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen.
Die US-A- 3 680 962 mit dem Titel "Contaminant Detector Comprising Means for Selectively Applying Pressure to Liquify Bubbles" (Vorrichtung zum Nachweis von Verunreinigungen mit einer Einrichtung für die selektive Ausübung von Druck zur Blasenverflüssigung) bezieht sich auf eine Vorrichtung, bei der ein starres Metallrohr, das an seinen entgegengesetzten Enden offen ist, ein damit einstückig verbundenes, schräg angeordnetes Abzweigrohr besitzt. An dem einen Rohrende ist eine Lichtquelle angeordnet, am anderen Ende ein erster photo-optischer Sensor. Ein zweiter photo-optischer Sensor ist am offenen Ende des Abzweigrohrs angeordnet, wobei eine Flüssigkeit mit Verunreinigungen in dem Rohr enthalten ist. Das Licht wird durch die Verunreinigungen gestreut und absorbiert, so daß vom ersten Sensor im Vergleich mit einer von Verunreingungen freien Flüssigkeit ein geringers Lichtvolumen empfangen wird, wodurch ein größerer Widerstandswert am ersten Sensor entsteht. Im Gegensatz dazu nimmt der Widerstandswert des zweiten Sensors durch das von den Verunreinigungen in dem Abzweigrohr gestreute Licht ab. Mit Hilfe einer damit gekoppelten Brückenschaltung lassen sich die unterschiedlichen Widerstandswerte des ersten und zweiten Sensors in eine unterschiedliche Lichtintensität umwandeln und somit eine Verunreinigung bzw. eine von Verunreinigungen freie Röhre nachweisen.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Anmeldung unterscheiden sich hiervon grundlegend.
Die US-A-4 418 565 mit dem Titel "Ultrasonic Bubble Detector" (Ultraschall-Blasennachweisvorrichtung) beschreibt ein starres Gehäuse aus glasgefülltem Polytetrafluourätyhlen mit einem in dem einstückigen Gehäuse ausgebildeten Kanal zur Aufnahme von Rohrleitungen, in denen Blasen nachgewiesen werden. Eine erste Ultraschall-Sende-Wandlereinrichtung ist an einer Seite des Kanals in dem Gehäuse angeordnet. Eine zweite Ultraschall-Empfangs-Wandlereinrichtung ist an der anderen Seite des Kanals angeordnet, wobei die Sende- und Empfangs-Wandler zum Senden bzw. Empfang von Ultraschall-Energie mit einer Frequenz von 1 bis 3 Megahertz ausgelegt sind. Ist eine Blase vorhanden, so ändert sich die Übertragung von Ultraschall-Energie erheblich. Diese Änderung wird elektronisch erfaßt.
Dieser Aufbau unterscheidet sich gänzlich von der einfacheren Blasenerfassungsvorrichtung nach der vorliegenden Anmeldung.
Die vorliegende Erfindung (vgl. Ansprüche 1 und 9) ist eine innovative und erfinderische Modifikation, die sich beispielswiese mit dem COULTER COUNTER STKR - Analysegerät verwenden läßt, das in der PCT/US84/01588, internationale Veröffentlichung Nr. WO85/01797, internationaler Veröffentlichungstag 25. April 1985 (25.04.89), beschrieben und beansprucht ist.
Diese Vorrichtung zeichnet sich als "Walk-away"-Anlage aus, d.h. unmittelbar nach deren Bestückung mit den zu untersuchenden Probenröhrchenkassetten kann sich die Bedienperson entfernen und sich der Durchführung einer anderen Aufgabe widmen, ohne sich weiter um den Betrieb des Analysegeräts kümmern zu müssen, das seine unterschiedlichen Funktionen ohne Beaufsichtigung durchführt.
Die Blasen/Bluterfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung besitzt eine neue Anordnung von Teilen zur Überwachung des Blutstroms auf Verunreinigungen mit Hilfe von neuen optischen Sensorelementen, die an der Eingangs- und Ausgangsseite des Probenflüssigkeitsabteil- und Verdünnungsventils der Analysevorrichtung angeordnet sind. Ein isotonisches Verdünnungsmittel, z.B. ISOTON III, kann als Blutverdünnungsmittel und Elektrolyt verwendet werden. Der Detektor überprüft das Verdünnungsmittel in der Eingangs- und Ausgangsrohrleitung des Probenventils, um sicherzustellen, daß es bei Zyklusbeginn das gleiche ist. Er stellt sicher, daß während des Ansaugens des Gesamtbluts aus dem Probenröhrchen keine Blasen, die größer als 0,060 Mikroliter sind, an dem eingangsseitigen Sensor vorbeikommen. Er überprüft auch das Blut in der Eingangs- und Ausgangsrohrleitung zum bzw. vom Probenventil, um sicherzustellen, daß es zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ventil eine Probenmenge im Mikroliterbereich "abteilt", d.h. eine Probenteilmenge zur Analyse zum Wandler-"Bad" fördert, dasselbe ist.
Ein festgelegtes Volumen (175 ul - einhundertfünfundsiebzig Mikroliter) des zu untersuchenden Materials, d.h. Blut, wird aus jedem Blutröhrchen angesaugt. Das Probenventil teilt eine Menge des Volumens ab (zum Zählen der weißen Blutkörperchen und zum Zählen der roten Blutkörperchen). Diese Volumenmengen werden dem den entsprechenden weißen bzw. roten Wandler enthaltenden Bad zur Verdünnung mit dem Verdünnungsmittel-Elektrolyten zugeführt.
Beispielsweise beträgt die abgeteilte Blutmenge für die Verdünnung zur Zählung der roten Blutkörperchen 1,6ul. Würde eine Blase von 0,1 ul so viel Blut verdrängen, so wäre die Verdünnung für die Zählung der roten Blutkörperchen um 6% fehlerhaft. Dieser Fehler würde der Bedienperson durch Anzeige und Ausdruck angezeigt werden.
Die beiden Sensoren der Erfassungseinrichtung sind mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die im wesentlichen aus folgenden Komponenten besteht: zwei einstellbare Rückkopplungs- Spannungsregler, zwei Verstärker, zwei Abtast-Halteschaltungen, ein Differenzverstärker, eine Addiereinrichtung, ein Inverter, vier Vergleicher und eine Logiksteuervorrichtung mit sieben Zuständen. Es werden drei Eingangssignale ("Referenz-Abfrage", "Blutfluß" und "Blut-Abfrage") benötigt. Diese Signale werden von der Hauptsteuervorrichtung des Analysegeräts abgegeben, die hier nicht weiter beschrieben ist.
Weiterhin werden von der Steuervorrichtung und der Logik vier Ausgangssignale erzeugt, die Fehlerbedingungen anzeigen. Zwei Ausgangssignale geben jeweils an, daß (1) das Verdünnungsmittel bei Zyklusbeginn bzw. (2) das Blut zum Zyklus-Zeitpunkt der Abteilung am vorderen und hinteren Ende des Probenventils nicht dasselbe war. Ein weiteres Ausgangssignal (3) gibt an, daß der vorgegebene Schwellenpegel (80% unter dem Bezugspegel) nicht unterschritten wurde. Ein Fehlerausgangssignal (4) gibt an, daß beim Ansaugen eine Blase nachgewiesen wurde. Diese vier Signale werden der Hauptsystemsteuervorrichtung des Analysegeräts zur Verarbeitung zugeführt.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines hämatologischen Analysegeräts mit den dargestellten automatischen Fördereinrichtungen;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines größeren Bereichs der Vorrichtung in Fig. 1, in welcher die Blasen/Bluterfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 2A eine vergrößerte schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Ansaugnadel, dem COULTER -Abteilventil und der Ansaugpumpe;
Fig. 3A eine Draufsicht auf die Halteanordnung für den photo-optischen Sensor der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3B einen Schnitt entlang der Linie 3B-3B in Fig. 3A;
Fig. 3C einen Schnitt entlang der Linie 3C-3C in Fig. 3;
Fig. 3D eine Draufsicht auf den montierten Sensor unter Darstellung der damit verwendeten Verbindungsteile;
Fig. 3E eine Ansicht der Sensoranordnung und Leiterplatte;
Fig. 3F einen stark vergrößerten Schnitt des aktiven Bereichs der Sensoranordnung;
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Blasen/Bluterfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4A ein Blockschaltbild einer Computerrealisierung für die erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm für ein nach der vorliegenden Erfindung arbeitendes rechnergesteuertes System; und
Fig. 6 eine idealisierte schematische Kurve für den vorderen Sensor der Blasen/Bluterfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 dient lediglich zum besseren Verständnis und zeigt die gesamte hämatologische Analysevorrichtung 10, vorzugsweise vom Typ COULTER COUNTER S Plus STKR, worin jedoch keine wesentliche Einschränkung zu sehen ist. Die Analysevorrichtung 10 besitzt sämtliche Eigenschaften zur Durchführung von hämatologischen Mehrfachparameter-Analysen von Gesamtblutproben. Sie besitzt die im allgemeinen durch die US-A- 3 549 994 gelehrten elektronischen, pneumatischen und hydraulischen Komponenten sowie die Verbesserungen des neusten Stands der Technik einschließlich Mikroprozessorsteuerung, ist hierauf jedoch nicht beschränkt.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ist die rechte Seite der Analysevorrichtung 10 als Probenröhrchenträger-Eingabeseite gedacht, die linke Seite als Probenröhrchenträger-Ausgabeseite. Zur einfacheren Darstellung und Interpretation sind die Kassetten-, Träger- bzw. Gestell-Stapel nur in Fig. 2 dargestellt, nicht aber in Fig. 1. Der Gestell- oder Trägereingabestapel 12 befindet sich in einem Eingabebereich 16, an dessen Basis sich die Plattform 18 einer Hebevorrichtung 20 befindet. Die Ausgabeseite der Anlage weist einen ähnlichen Bereich 22, eine Plattform 24 und eine Hebevorrichtung 26 auf. Nachdem die eingabeseitige Hebevorrichtung 20 einen Träger 28 vom unteren Ende des Eingabestapels abgezogen hat wird der Träger schrittweise nach links entlang einem Transportier- und Mischtisch 30 bewegt. Die Tischoberseite dient als Auflage für ein Förderband 32, und zwischen der Unterseite des Probenröhrchengestells 28 und dem Förderband 32 ist mehr als ausreichend Reibung zur Durchführung der schrittweisen Bewegung des Gestells 28 nach links vorhanden, wobei jeder Schritt in etwa dem Achsabstand zwischen den verschlossenen Probenröhrchen 24 im Gestell entspricht.
Die Ausrichtung eines ersten Probenröhrchens 38 und jedes nachfolgenden Röhrchens zu einer Ansaugstation 40 kann durch einen Sensor 41 überprüft werden. Nach erfolgter Ausrichtung schiebt, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Stange 42 durch eine Öffnung in dem Gestell 28 das untere Ende des Probenröhrchens vor und schiebt das Röhrchen teilweise aus dem Gestell heraus, so daß sein Verschluß oder verschlossenes Ende 36 an eine Abstreifstange 44 anstößt. Ist dann auch eine Ansaugsondenspitze 46 zu der Achse des Probenröhrchens ausgerichtet, wird durch Vorschub der Stange 42 das verschlossene Ende 36 auf die Sondenspitze gedrückt, die in den Verschluß eindringt. Die Ansaugsonde ist mit einem neuartigen photo-optischen Sensorelement verbunden, das nachstehend im einzelnen beschrieben wird, sowie durch eine weitere Rohrleitung mit dem Eingang des Probenflüssigkeitsabteilund Verdünnungsventils 48, von dem einige Ausführungsformen bekannt sind und ein Ausführungsbeispiel in der US-PS 4 152 391 offenbart ist. Die angesaugte Probe wird anschließend von den Hauptbereichskomponenten der hämatologischen Analysevorrichtung 10 verarbeitet, um mehrere Blutparameterdaten zu erhalten. Nach Ansaugen der Probe aus dem ersten Röhrchen 38 wird der Abstreifer 44 rückwärts bewegt, um das Probenröhrchen 38 in seine normale Position im Gestell 28 zurückzubringen. Durch eine derartige Bewegung des Röhrchens wird der Verschluß 36 von der Sondenspitze 46 abgezogen. Wie im Stand der Technik bekannt, kann anschließend eine Rückspülung der Sondenspitze und des Verdünnungsventils erfolgen, um das Problem einer Probenübertragung zu beseitigen. Anschließend wird der Transporttisch vorgeschoben und hin- und hergeschwenkt, so daß der Ansaugstation 40 und der ausgerichteten Stange 42 das nächste Probenröhrchen zugestellt wird.
Wie am deutlichsten aus der schematischen Ansicht in Fig. 2A hervorgeht, ist das Probenflüssigkeitsabteil- und Verdünnungsventil 48 zur Verbindung von zwei einzelnen, im Aufbau im wesentlichen identischen photo-optischen Sensorelementen durch kurze Rohrleitungen 50F und 50R ausgelegt. Diese Elemente werden im weiteren jeweils als vorderer Sensor 52F und rückwärtiger Sensor 52R aufgrund ihrer offensichtlichen Lage vor und hinter dem Abteilventil 48 gekennzeichnet. Die Aufgabe dieser beiden Sensorelemente wird im Laufe der Beschreibung weiter verdeutlicht. Eine dritte flexible Leitung oder ein Rohr 55 verbinden eine Ansaugpumpe 120 über den rückwärtigen Sensor 52R mit der Anlage. Die Sensoren, das Abteilventil und die Ansaugsonde können nach jeder angesaugten Probe mit sauberem Verdünnungsmittel mit Hilfe eines Verdünnungsmittelreservoirs 51, einer Pumpe 53 und einem Ventil 57 in einen nicht näher bezeichneten Abfallbehälter "rückgespült" werden.
Die Sensoren 52F und 52R sind in den Fig. 3A - 3F näher dargestellt. Jeder Sensor ist im allgemeinen kubisch ausgebildet. Diese Form ist jedoch nicht zwingend, da er auch andere Formen aufweisen kann.
Bei jedem Sensorelement 52F und 52R handelt es sich um ein Infrarot-empfindliches Element, das, wie aus Fig. 3A hervorgeht, einen Block aus starrem, lichtundurchlässigen Material aufweist. Jeder Sensor ist zur Erfassung von Änderungen der Flüssigkeitsdichte, d.h. Lichtundurchlässigkeit bzw. Lichtdurchlässigkeit der durchströmenden Flüssigkeiten ausgelegt. Hierzu müssen die Sensoreinheiten in der Lage sein, auf geringste Änderungen des Lichtpegels anzusprechen. Der Sensor muß somit frei von Umgebungs- und Reflektionslicht sein. Hierzu wird ein starrer Kubus oder Block 56 aus einem im wesentlichen lichtundurchlässigen Material durch Bohren, Bearbeiten, Gießen, Formen oder andere Verfahren derart hergestellt, daß eine ziemlich tiefe, bohrlochartige zentrale Öffnung 58 darin entsteht, von der sich zusätzlich zwei im wesentlichen parallele, kapselförmige Aufnahme-Öffnungen 60 und 62 nach unten weit in den Körper des Blocks 56 hinein erstrecken. Durch den Guß- oder Bohrvorgang entsteht ein vertikaler, die beiden parallelen Öffnungen 60 und 62 trennender Wandteil 64.
Zunächst werden horizontale Durchgangsbohrungen 66 an den gegenüberliegenden Seiten des Blocks 56 in etwa zwischen der Unterseite 68 (Fig. 3C) und der Oberseite 70 der parallelen, kapselförmigen Öffnungen 60 und 62 gebohrt oder anders ausgebildet. Eine zweite horizontale Durchgangsbohrung 72 erstreckt sich senkrecht bzw. im rechten Winkel zu den Bohrungen 66 in und durch den Block 56 aus einem später beschriebenem Grund. Ein Röhrchen 74 aus rostfreiem Stahl wird in die Bohrung 72 hinein und durch sie hindurch gepreßt und bildet eine starre Befestigungsvorrichtung, die sich beidseitig des Elements 56 erstreckt. Unter Nutzung der bei der Herstellung gebildeten Bohrungen 66 als Zugang für einen Bohrer, wird eine Bohrung 76 von relativ kleinem Durchmesser (0,019 inch; 1 inch = 2,54 cm) durch das zentrale Wandteil 64 und das Röhrchen aus rostfreiem Stahl 74 vorgesehen. Ein engtoleriertes Stück aus transparentem, starren Material, z.B. ein Glasröhrchen 80 (Innendurchmesser 0,019 inch) wird in das Röhrchen 74 (Innendurchmesser 0,042 inch) aus rostfreiem Stahl eingesetzt und durch ein geeignetes Binde- oder Klebemittel befestigt.
Wie in Fig. 3E dargestellt, umfaßt die eigentliche Sensorvorrichtung einen einstückigen Bügel oder ein U-förmiges Element 82 mit einem Licht erzeugenden Element 84 im einen Schenkel 82A und einem Licht empfangenden Element 86 im gegenüberliegenden Schenkel 82B des Bügels 82. Eine im Handel erhältliche Baugruppe dieser Art wird von Clairex Electronics, 560 S. 3rd Ave., Mt. Vernon, New York 10550, hergestellt und erfüllt diese Voraussetzungen. Eine kreisförmige Leiterplatte 83 dient als Träger und Befestigungselement für die elektrischen Anschlußleitungen 85 der Sensorbaugruppe 82. Die beiden Schenkel 82A und 82B des Bügels 82 werden zunächst von der größeren Aufnahmeöffnung 58 im Block 56 aufgenommen und anschließend in die entsprechenden kapselförmigen Aufnahmevorrichtungen 60 und 62 engtoleriert zum Wandteil 64 eingesetzt, so daß die optischen Achsen der Sensorelemente sehr nahe zum eigentlichen Mittelpunkt der Bohrung 76 ausgerichtet sind, wie in Fig. 3C dargestellt. Das Leiterplattenelement 83 wird auf der Vorrichtung mit einer O-Ringdichtung 88 dazwischen befestigt und fungiert als Höheneinstellvorrichtung für die aktiven Sensorelemente der Anordnung sowie als Befestigungsvorrichtung für die Drähte (Kabel 89), die die elektrischen Signale an die bzw. von der Schaltungsanordnung in Fig. 4 übermitteln.
Da die Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Erfassung von eingeschlossenem Material in der Größenordnung von 0,060 Mikroliter (abhängig vom Blutwert) ausgelegt ist, hängt die maximale Größe der Blase, die innerhalb der optischen Achse vorkommen kann, von der baulichen Konfiguration der in dem System verwendeten Hardware ab. Für einen wirksamen Betrieb der Vorrichtung und zum Erhalt einer derartigen Präzision ist eine äußerst genaue Ausrichtung der Sensoreinrichtung notwendig.
Die Lichterfassungsvorrichtung ist genau im Block 56 ausgerichtet, so daß die axialen Mittelpunkte zum Mittelpunkt des "Fensters" 76 ausgerichtet sind, wodurch gewährleistet wird, daß das Licht durch die Toleranzen der zugehörigen Teile der Anordnung mit minimalem Verlust durch das Fenster 76 fällt. Das Leiterplattenelement 83 und der O-Ring 88 schaffen eine Vorrichtung zur Einstellung der vertikalen Position der Sensoranordnung durch Drehen der beiden Stellschrauben 91 gegen den O-Ring 88, wodurch die beiden Sensorelemente 84 und 86 zum Lichteinfallsfenster wirksam ausgerichtet werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Licht von dem Licht erzeugenden Element genau an das Licht empfangende Element gerichtet wird. Dies wird als Vorrichtungseinstellung bezeichnet und erfolgt beim vorherigen Einrichten des Systems. Um das Innere der Sensoranordnung vor dem Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz etc. zu bewahren, ist ein Abdeckelement 93 durch Schrauben 97 am Block 56 über einer Formdichtung 95 befestigt.
Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand von (1) dem Blockschaltbild in Fig. 4, (2) dem Flußdiagramm in Fig. 5 und (3) der idealisierten Kurve in Fig. 6 erläutert. Zu Beginn jedes Arbeitszykluses sollte sichergestellt werden, daß die vorhergehende Materialprobe mit einem sauberen Verdünnungsmittel-Elektrolyt aus dem System gespült wurde und daß die beiden Sensoren durch Verdünnungsmittel "sehen".
Aus dem Blockschaltbild in Fig. 4 ist ersichtlich, daß ein Steuersystem 92, manchmal auch als "Zustandssteuervorrichtung" bezeichnet, u.a. die Eingänge mit der Bezeichnung "Referenz- Abfrage", "Blutfluß" und "Blut-Abfrage" von der Hardware-Software des Hauptsystems (nicht dargestellt) umfaßt. Die Steuervorrichtung umfaßt des weiteren Taktgeber, Logikschaltungen, Verzögerungsschaltungen, Signalspeicher und hierin verwendete entsprechende Puffer.
Nachstehend wird eine kurze, allgemeine Funktionsbeschreibung der Steuervorrichtung 92 und der logischen Verknüpfungen gegeben:
1. Geht das "Referenz-Abfrage"-Signal auf High-Pegel, so wird bewirkt, daß die Zustandssteuerung den Zustand 0 einnimmt. Sämtliche Signalspeicher werden gelöscht, und die Abtast-Halteschaltungen werden auf Abtastbetrieb gesetzt.
2. Die Zustandssteuerung geht direkt in den Zustand 1 über, in dem sie darauf wartet, daß das "Blutfluß"-Signal auf High- Pegel geht. Während des Zustands 1 wird das Verdünnungsmitteldifferenzsignal am vorderen und rückwärtigen Sensor überprüft.
3. Geht das "Blutfluß"-Signal auf High-Pegel, wird das Verdünnungsmittelpegelsignal am rückwärtigen Sensor durch die rückwärtige Abtast-Speicher-Schaltung gehalten. Die Steuerung kann jetzt den Zustand 2 einnehmen. Bei Passieren des Bluts am vorderen Sensor wird die Differenz zwischen dem gespeicherten Verdünnungsmittelpegelsignal an der rückwärten Abtast-Halteschaltung und dem Blutsignal am vorderen Sensor überwacht. Ist die Differenz größer als ein vorbestimmter Pegel, der durch die obere Blutgrenze des Systems bestimmt wird, wird eine Zeitverzögerungsschaltung angesteuert, und, am Ende der Zeitverzögerung, wird das Blutwertsignal am vorderen Sensor durch die vordere Abtast-Halteschaltung gehalten, und die Steuerung kann dann in den Zustand 3 übergehen.
4. Im Zustand 3 wird der Blasenschwellenpegel für die Dauer der Blutbewegung erregt. Der Blasenschwellenpegel wird ermittelt, indem der in der vorderen Abtast-Halteschaltung gehaltene Blutwert und 5% der Differenz des am rückwärtigen Sensor gehaltenen Verdünnungsmittelwerts und des am vorderen Sensor gehaltenen Blutwerts addiert werden. Die Blasensignalpegelschwelle = Blut + 5% (Verdünnungsmittel-Blut). Darüber hinaus muß die Differenz zwischen Verdünnungsmittel und Blut unter dem vorgegebenen Schwellenpegel bleiben. Die Steuervorrichtung wartet im Zustand 3 auf das "Blut-Abfrage"-Signal.
5. Bei Eintreffen des "Blut-Abfrage"-Signals kann die Steuervorrichtung die Zustände 4 und 5 durchlaufen und hält bei Zustand 6 an, in dem sie auf das "Referenz-Abfrage"-Signal zum Beginn eines neuen Zykluses wartet. Geht die Steuervorrichtung in den Zustand 4 über, werden die vordere und rückwärtige Abtast-Halte-Schaltung in den Abtastmodus rückgeschaltet und die Blutpegel am vorderen und rückwärtigen Sensor abgetastet. Die Steuervorrichtung geht in den Zustand 5 über, in dem der Blutwert am vorderen Sensor mit dem Blutwert am rückwärtigen Sensor verglichen wird. Die Steuervorrichtung geht in den Zustand 6 über, in dem sie auf das "Verdünnungsmittel-Abfrage"-Signal zum Beginn eines neuen Zykluses wartet.
Das Abteil- und Entnahmeventil wird nun in etwa gleichzeitig mit dem Blut-Abfrage-Signal betätigt, und eine Gesamtblutprobenteilmenge wird durch das Ventil abgeteilt und an die Blutuntersuchungsbäder geleitet, um von der COULTER COUNTER -Vorrichtung weiter bearbeitet zu werden.
Die Vorrichtung erzeugt sowohl einen hörbaren Alarm als auch gedruckte Aufzeichnungen des Blut/Blasen-Erfassungsvorgangs, wodurch die Bedienperson einfach und schnell jede Blutprobe überwachen und/oder erkennen kann, die aufgrund der Untersuchung als ungenau oder fehlerhaft angezeigt wird.
Die Ausgangssignale an das Hauptsystem sind: "Blutdifferenz- Fehler", "Referenzdifferenz-Fehler", "vorgegebene Schwelle-Fehler", und "Blasenschwellen-Fehler"; jede dieser Bedingungen wird später beschrieben. Das Steuersystem kann in mindestens sieben unterschiedlichen, wenn auch miteinander in Beziehung stehenden Betriebsarten oder Zuständen arbeiten, auf die später noch Bezug genommen wird.
Bei Beginn jedes Arbeitszykluses der vorliegenden Erfindung sind bestimmte Parameter-Bedingungen oder Zustände der Vorrichtung voreingestellt und alle Steuerungssystemregister gelöscht. Die Zustandssteuervorrichtung wartet auf das erste Signal, um die Sequenz oder Arbeitsabfolge zur Blasenerfassung zu starten, worauf die Steuereinrichtung die aufeinanderfolgenden Zustände durchläuft und die Logik- und Vergleichsfunktionen des Systems steuert.
Die Sensorelemente 52F und 52R sind, wie vorstehend ausgeführt, elektro-optische Infrarot-Einheiten und werden zur Erfassung einer Änderung in der Dichte (Undurchsichtigkeit) der durchlaufenden Flüssigkeit verwendet. Im Vergleich von Blut, Luft und dem elektrolytischen Verdünnungsmittel erzeugt bei diesem System das Verdünnungsmittel das höchste Ausgangssignal des Sensors (Lichtdetektors). Deshalb wird der Verdünnungsmittelsignalpegel hier als Standardreferenzsignalpegel verwendet, mit dem alle anderen nachfolgend gebildeten Signalpegel verglichen werden. Wie in der aus in Fig. 6 dargestellten Kurve hervorgeht, ist der Verdünnungsmittelsignalpegel als der 100%-Pegel gekennzeichnet. So wären die Verhältnisse, wenn das Verdünnungsmittel den aktiven Bereich - das Fenster - der Sensoren, d.h. die Öffnung 76, vollständig bedeckt.
Am Anfang sind die beiden Sensoren 52F und 52R auf den gleichen 1-Volt-Ausgangssignalpegelausgang voreingestellt, indem die entsprechenden einstellbaren Rückkopplungs-Spannungsregler 94 und 96, die die Lichtemitter 84 mit Strom versorgen, eingestellt werden. Dieses 1-Volt-Signal ist als 100-%-Bezugspegel für nachfolgende Vergleiche gekennzeichnet. Kurz gefaßt, die durch die entsprechenden Infrarot-Sensoren erzeugten 1-Volt-Signale werden zunächst den entsprechenden X10 Verstärkern 98 und 100 zugeführt, wo sie um das Zehnfache verstärkt werden. Das Ausgangssignal der Verstärker 98 und 100 wird dann an eine entsprechende Abtast- Halteschaltung 102 und 104 geleitet. Von jeder Abtast-Halteschaltung wird das entsprechende Ausgangssignal einem Differenzverstärker 106 zugeführt, von wo aus das Signal an eine entsprechende Vergleicherschaltung 108, 110, 112 oder 114 weitergeleitet wird. Ein Ausgangssignal des Verstärkers 98 wird einem Inverter-Verstärker 116 zugeführt und dann der Vergleichervorrichtung 114. Das Ausgangssignal der vorderen Abtast-Halte-Schaltung 102 wird ebenfalls einem Addier-Verstärker 118 zugeführt, und dessen Ausgangssignal wird an die Vergleichervorrichtung 114 abgegeben, wie nachstehend erklärt.
Da sich vom vorherigen Arbeitszyklus Verdünnungsmittel im System befindet, sollten die Sensoren 52F und 52R identische Signalreferenzpegel abgeben, wobei in diesem Fall das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 106 null "0" ist und der Referenzdifferenz-Vergleicher 110 keine Differenz erfaßt. Die tatsächlichen Signalausgänge von 52F und 52R können leicht voneinander abweichen, soweit sich jedoch die Abweichung innerhalb einer festgelegten Grenze von z.B. ± 7% bewegt, wird sie ignoriert.
Drei Signale werden von der Steuervorrichtung des Analysegeräts an die Steuervorrichtung 92 zu unterschiedlichen Zeiten abgegeben. Das erste ist "Verdünnungsmittel-Abfrage". Dieses Signal bewirkt den Vergleich des normalerweise in der Rohrleitung befindlichen Verdünnungsmittels auf beiden Seiten des Probenventils. Das Verdünnungsmittel wird, wie vorstehend beschrieben, als Bezugspegel verwendet, da es die Abgabe des höchsten Ausgangssignals bewirkt. Dies ist durch den 100%-Pegel oder 1-Volt-Pegel gekennzeichnet (Fig. 6), und beide Sensoren sollten in diesem Stadium ein 1-Volt-Ausgangssignal erzeugen, vorausgesetzt, daß beide Sensoren 100% Verdünnungsmittel "sehen".
Als nächstes erfolgt die Eingabe des "Blutfluß"-Signals in die Steuervorrichtung 92 gleichzeitig mit dem Ansaugen des Gesamtbluts durch die Pumpe 120 aus dem Probenröhrchen 38 über die Ansaugnadel 46 in das System. Zu diesem Zeitpunkt wird der Wert des Verdünungsmittelsignals durch die rückwärtige Abtast-Halteschaltung 104 "gehalten". Hierdurch wird ein Verdünnungsmittelreferenzpegel erzeugt, gegen den bei Eintreten des Bluts in den vorderen Sensor 52F verglichen werden kann. Es ist jedoch zu beachten, daß beim Eintreffen des Bluts zum jetzigen Zeitpunkt in dem System hinter dem Verdünnungsmittel das Blut noch nicht einwandfrei definiert ist, da der Anfang des Blutstroms noch mit vor dem Blut befindlichen Verdünnungsmittel vermischt sein kann.
Währenddessen wird der Signalwert des vorderen Sensors 52F durch den Differenzverstärker 106 vom gespeicherten und gehaltenen Signalwert des rückwartigen Sensors 52R subtrahiert. Bei Erreichen des vorgegebenen Pegels (0,20 Volt auf einer 1-Volt- Skala) erfolgt die Entscheidung, daß der obere Bereich erreicht wurde. Wie in der Kurve in Fig. 6 dargestellt, kann dies als 20% über "0" gekennzeichnet werden oder als 80% unter dem Verdünnungsmittelreferenzpegel. Vor Ablesen des Blutwerts wird eine festgelegte Zeitverzögerung von 225 ms (Millisekunden) gesetzt, um sicherzustellen, daß sich jetzt ausschließlich sauberes Blut bzw. Blut ohne Verunreinigungen im System befindet. Diese Verzögerung dient im Prinzip dazu, dem Blut ausreichend Zeit zu geben, seinen spezifischen Pegel innerhalb des Blutbereichs herzustellen und frei von jeglichen Verunreinigungen, wie z.B. Verdünnungsmittel oder Luft, zu sein. Am Ende der Verzögerung von 225 ms wird der Signalpegelwert am vorderen Sensor 52F in der vorderen Abtast-Halteschaltung 102 gehalten. Dieses Signal wird bei oder unterhalb des 0,20-Volt-Pegels liegen, normalerweise aber weit unterhalb dieses Wertes.
Die Logik der Steuervorrichtung 92 ist so ausgelegt, daß das Signal nicht über diesen 0,2-Volt-Pegel zurückgehen kann, ohne erfaßt zu werden. Sollte es jedoch während des Zykluses über diesen 0,2-Volt-Pegel hinausgehen, so wird ein Fehler angezeigt und hierfür ein Fehler-Flag gesetzt.
Zum Zeitpunkt des Ansaugens, bei Eintreten und Durchlaufen des Bluts im vorderen Sensor, wird das Blut hinsichtlich seines Signalpegels überprüft. Wird der vorstehend erwähnte 80%-niedrigere Pegel nicht erreicht, so wird bei Abfall des "Blutfluß"-Signals ein Fehler angezeigt. Dieser Fehler könnte auf mehrere Ursachen hinweisen, wie z.B.: (1) das Blut befand sich außerhalb des Systemmeßbereichs; (2) ein Röhrchen mit Luft oder Verdünnungsmittel wurde statt Blut in die Analysevorrichtung eingesetzt; (3) das Probenventil 48 arbeitete (drehte sich) nicht ordnungsgemäß, so daß die vorhergehende Blutprobe nicht herausgespült wurde und hierdurch das vorherige Blut im System verblieb; (4) entweder der vordere, rückwärtige oder beide Sensoren sind nicht angeschlossen oder defekt; (5) eine Teilmenge des angesaugten Materials gelangte in das System, war aber mengenmäßig nicht ausreichend, um den Signalwert unter der Schwelle zu halten.
Nun wird ein Blasenschwellenwert zur Erfassung von jeglichem Fremdmaterial im Blut, wie z.B. Blasen, erzeugt. Zum durch den vorderen Sensor 52F erzeugten Signalwert, der jetzt in der vorderern Abtast-Halte-Schaltung 102 gespeichert ist, wird durch den Addierverstärker 118 ein Teil, d.h. ein Prozentsatz, der Differenz zwischen dem in der rückwärtigen Abtast-Halteschaltung 104 gespeicherten Verdünnungsmittelwert und dem in der vorderen Abtast-Halteschaltung 102 gespeicherten bzw. gehaltenen Blutwert addiert. Dieser Signalpegel oder -wert wird als Blasenschwelle bezeichnet. Der Blasenschwellenwert ist eine Variable. Er ist für jede Blutprobe unterschiedlich. Diese Blasenschwelle wird immer so gebildet, daß sie über dem Blutpegelwert des sich in dem System befindlichen spezifischen Blut ist. Während dieser Wert eingestellt wird, läuft das Blut weiterhin im System bis das erforderliche oder vorgegebene Volumen durch die Pumpe 120 angesaugt wurde. Bei jedem Überschreiten des gesetzten Schwellenwerts durch den vorderen Sensorsignalwert wird ein Fehler angezeigt, der darauf hinweist, daß Verunreinigungen im Blut vorhanden sind.
Das nächste Signal von der Steuervorrichtung der Stapeleinrichtung des Analysegeräts an die Steuervorrichtung 92 ist das "Blut- Abfrage" -Signal. Zu diesem Zeitpunkt sollte sich das Blut so weit in dem System bewegt haben, daß es durch das Ventil 48 den vorderen Sensor 52F und den rückwärtigen Sensor 52R vollständig bedeckt, und es sollte frei von Verdünnungsmittel sein. Zu diesem Zeitpunkt sollten die Signale beider Sensoren identisch sein.
Bei Empfang des von der Steuervorrichtung des Analysegeräts abgegebenen "Blut-Abfrage" -Signals steuert die Systemsteuervorrichtung 92 erneut die beiden Abtast-Halteschaltungen 102 und 104 an, wodurch die Signale der Sensoren 52F und 52R (die beide Blutsignale sein sollten) an den Differenzverstärker 106 abgegeben werden. Die von dem vorderen und rückwärtigen Sensor 52F und 52R jeweils abgegebenen Signale werden nunmehr verglichen. Diese beiden Signale müssen sich zueinander innerhalb einem festen vorgegebenen Wert befinden (± 1%) oder, umgekehrt, sie können auch mit reinem Blut ohne Verunreinigungen, wie z.B. Verdünnungsmittel, identisch sein. Überschreitet die Differenz zwischen den beiden Signalen das sogenannte Differenz-"Fenster" über die Blutvergleichereinrichtung 112, so wird dieser Fehler angezeigt und weist auf Verunreinigungen hin oder darauf, daß das Blutvolumen nicht ausreichend war, um an den rückwärtigen Sensor 52R zu gelangen. Die Steuervorrichtung geht dann in ihren letzten Zustand über, und der Zyklus ist beendet.
Die Schaltung wartet dann auf den nächsten Zyklus und auf das Eintreffen des Verdünnungsmittel-Elektrolyt Abfrage-Vergleichssignals ("Referenz-Abfrage") in der Steuervorrichtung 92, wie vorher.
Treten während des Zykluses folgende Situationen auf: die anfänglichen Referenzverdünnungsmittelpegel liegen einige Prozent über oder unter dem vorgegebenen Prozentsatz; die vorgegebene Schwelle wird nicht erreicht oder wird erreicht, bleibt aber nicht unter dem Pegel; eine Blase bildet sich, durch die das vordere Sensorsignal größer ist als die Blasenschwelle; oder der Blut-Abfrage- Signalpegel entspricht nicht seinen gesetzten Grenzen am Ende des Zykluses, so erscheint eine Fehlermeldung für eine dieser Bedingungen, und ein sogenannes Fehler-"Flag" wird gesetzt und der Bedienperson entsprechend Meldung erstattet.
Die Kurve in Fig. 6 stellt eine idealisierte, bildliche Darstellung des Elektrolyt-Verdünnungsmittel-Referenzpegels am vorderen Sensor 52F dar und zeigt das vordere Ende des Blutstroms, wenn das Blut den Erfassungsbereich passiert und zu einem Zeitpunkt eintrifft, an dem der Erfassungsbereich des Sensors 52F vollkommen vom Blut eingeschlossen ist. "D" stellt die Strecke dar, um die sich das vordere Ende des Blutstroms bei Passieren des Erfassungsbereichs bewegt.
Die Vertikalachse der graphischen Darstellung ist in drei Teile unterteilt: (1) der Verdünnungsmittel-Prozentsatz; (2) die durch den Detektor erzeugte Spannung; und (3) die Stromstärke in Mikroampere. Durchquert das vordere Ende des Blutstroms (Kurve 1) den Durchmesser des vorderen Sensors, der gemäß obigen Angaben 0,4826 mm (oder 0,019 inch) ist, d.h. den Erfassungsbereich, ändert sich der Strompegel wie dargestellt. Die Horizontalachse der graphischen Darstellung stellt auch sowohl die abgelaufene Zeit für die darin angeführten Bedingungen dar als auch die Änderungen im Erfassungsbereich, der von der Flüssigkeit bedeckt ist, d.h. 0,0 bis 0,5 mm.
Mit Eintreten des vorderen Ende des Blutstroms in den kreisförmigen Bereich des Sensors 52F, beginnend bei "0", nimmt die Stromstärke mit weiteren Durchlaufen ab, wie aus der Darstellung hervorgeht, da immer weniger Licht zum Detektor durchgelassen wird. Würde das Blut idealerweise die Lichtzufuhr zum Detektor vollständig verhindern, so würde hierdurch ein "0"-Ausgangsstrom erzeugt werden. Da das Blut beim Erreichen des 80%-Pegels noch nicht einwandfrei definiert ist, da es evtl. noch mit Verdünnungsmittel vermischt ist, hat das Blut durch die Verzögerung von 225 ms ausreichend Zeit, seinen eigenen, von jeglichen Verunreinigungen freien Pegel zu erreichen. Angenommen eine Blase würde dann (einige Zeit nach dem Ende der Verzögerung) in das System gelangen, wie in Kurve 2 in Fig. 6 bei "0" beginnend dargestellt, so durchquert die Blase den Erfassungsbereich genauso wie das Blut, und der Ausgangsstrom des Detektors steigt sofort auf einen Maximalwert (bei Punkt 0,4826 mm) an, wie in Kurve 2 dargestellt. Diese Bedingung wird sofort angezeigt, um die Bedienperson auf den Fehler aufmerksam zu machen.
Ist die Blase größer als der Durchmesser des Erfassungsbereichs (Fig. 6, rechts), wäre die Blase beispielsweise länger als dieser, so würde der Ausgangsstrom des Detektors auf einem Maximalwert verbleiben, wie aus der oberen gestrichelten Linie im rechten Bereich von Fig. 6 hervorgeht, bis die Blasenlänge zurückginge und Blut erneut erfaßt werden würde.
Im folgenden wird nun, bezogen auf die Kurve 3, ein Beispiel eines Funktionsablaufs der Schaltung bei Nachweis einer Blase mit Nennspannungswerten beschrieben. Es wird davon ausgegangen, daß das Ausgangssignal des vorderen Sensors den 80% niedrigeren Pegel erreicht. Die Verzögerung von 225 Millisekunden wird gestartet.
Am Ende der Verzögerung wird der Blutwert bei 100 Mikroampere oder 0,1 Volt gehalten. Zu diesem Wert wird nun ein Prozentsatz der Differenz zwischen dem Referenzwert (Verdünnungsmittel- Elektrolyt) addiert, der 1000 Mikroampere minus 100 (der Blutpegelwert) oder 900 Mikroampere ist. Dieser Wert von 900 Mikroampere wird mit dem Prozentsatzfaktor multipliziert, der in diesem Fall 5% (eine empirisch ermittelte Toleranz-Empfindlichkeitszahl), um 45 Mikroampere zu erzeugen. An diesem Punkt ist die Blasenschwelle deshalb gleich 100 Mikroampere, dem Blutpegel, plus 45 Mikroampere, d.h. 5% der 900 Mikroampere, wodurch sich ein Wert von 145 Mikroampere ergibt. Geht deshalb das Ausgangssignal des vorderen Sensors 52F über den 145 Mikroampere-Pegel zurück, befindet sich eine Luftblase im System, und diese Bedingung wird der Bedienperson angezeigt.
Das vorstehend beschriebene System läßt sich auch, wie in Fig. 4A dargestellt, beispielsweise unter Verwendung eines Computers realisieren, mit dem Steuerfunktionen, mathematische Berechnungen, Qualitätskontrollen etc. möglich sind. Entsprechend der Implementierung der Systemsoftware des Analysegerätrechners, bezieht sich das Ablaufdiagramm in Fig. 5 auf das Blockschaltbild in Fig. 4A. Wie vorstehend ausgeführt, "sehen" bei Beginn jedes Zykluses 124 (entsprechend dem Eintreffen des "Verdünnungsmittel- Abfrage"-Signals) beide Sensoren 52F und 52R durch den Verdünnungsmittel-Elektrolyten. Die beiden Sensorausgangssignale sind identisch. Dies ist der vorstehend erwähnte 100%-Pegel. Die zwei Sensorausgangssignale werden miteinander verglichen und müssen einen vorgegebenen Schwellenwert erfüllen, der vorher in der Systemelektronik festgelegt wurde. Die beiden Ausgangssignale dürfen um einen vorher festgelegten Prozentsatz voneinander abweichen.
Die Analog-Digital-Werte des vorderen und rückwärtigen Sensors werden jetzt eingelesen, wie bei Bezugszeichen 126 in Fig. 5 dargestellt. Dies sind die Verdünnungsmittelwerte. Als nächstes überprüft die Rechnersoftware, ob die Differenz zwischen dem vorderen Sensor und dem rückwärtigen Sensor geringer ist als der maximale akzeptable Wert 128. Wenn ja, so wird der Wert gespeichert 130. Ist dies nicht der Fall, wird ein Fehler-Flag gesetzt, bei 132 angezeigt, und diese Bedingung wird als Fehlerbedingung 134 gemeldet, d.h. aufgezeichnet.
Der nächste Schritt ist das "Blutfluß"-Signal 136. Das System wartet auf das Eintreffen des "Blutfluß"-Signals 138. Liegt das Signal nicht vor, so wartet das System weiter bis zum Auftreten des Signals. Bei Auftreten des Signals liest die Software ständig den analog/digital gewandelten Wert des vorderen Sensors 140 ein. Ist dieser Signalwert um 80% niedriger als der gespeicherte Wert des rückwärtigen Sensors 142, so wird das Programm fortgesetzt. Ist dies nicht der Fall, überprüft das System nach einer kurzen Verzögerung 144, ob das "Blutfluß"-Signal abgefallen ist. Ist das "Blutfluß"-Signal abgefallen, wird ein Fehler angezeigt (152) und bei 134 gemeldet. Ist das "Blutfluß"-Signal nicht abgefallen, wird die Schleife fortgesetzt bis dies der Fall ist.
Erreicht das Blut den (vorstehend beschriebenen) 80% niedrigeren Pegel, wird eine Verzögerung 148 von 225 Millisekunden gestartet, was als ausreichende Zeitspanne betrachtet wird, damit der Übergang zwischen Verdünnungsmittel und Blut passieren kann und das Blut seinen eigenen, von seinen Eigenschaften bestimmten Pegel frei von Verunreinigungen erreichen kann. Endet jedoch das Ansaugsignal und wurde der 80% niedrigere Pegel nicht erreicht, wird ein Fehler 152 angezeigt und die Bedingung bei 134 gemeldet.
Am Ende der Verzögerung von 225 Millisekunden liest die Software den A/D-Wert des vorderen Sensors 150 ein. Die Elektronik überprüft dann, ob der gespeicherte Wert immer noch 80 % niedriger ist als der gespeicherte Wert des rückwärtigen Sensors 151. Überschreitet er den 20%-Pegel bzw. den 80% niedrigeren Pegel, wird ein Fehler 152 angezeigt und die Bedingung bei 134 gemeldet. Ist er bei oder unter dem 80% niedrigeren Pegel (0,2 Volt), wird der Wert des vorderen Sensors bei 154 gespeichert. An diesem Punkt werden sowohl der Blutwert bei 52F als auch der rückwärtige Verdünnungsmittelwert bei 52R gehalten (gespeichert).
Die Computersoftware subtrahiert nun den gespeicherten vorderen Sensorwert von dem gespeicherten hinteren Sensorwert. Dies ist der Verdünnungsmittelwert minus dem Blutwert 156. Der Verdünnungsmittelwert minus dem Blutwert wird mit 5% multipliziert (158). Dieses Ergebnis wird mit dem gespeicherten vorderen Sensorwert 160 addiert. (Dies ist der Blutwert plus 5% der Differenz zwischen dem Verdünnungsmittel und Blut.) Dieser Wert ergibt den Blasenschwellenwert, der bei 162 gespeichert wird. Zu diesem Zeitpunkt läuft das Blut noch immer durch das System.
Als nächstes wird der Signalpegelwert des vorderen Sensors eingelesen 168. Die Software bestimmt, ob der Wert des vorderen Sensors größer ist als die Blasenschwelle 170. Ist dies der Fall, wird ein Fehler-Flag gesetzt 172, das auf eine erfaßte Blase hinweist, und ein Fehler wird bei 134 angezeigt. Ist dies nicht der Fall, wartet die Systemsoftware auf das Eintreffen des "Blut- Abfrage"-Signals 174. Trifft das "Blut-Abfrage"-Signal nicht ein, so bewegt sich die Software in der Schleife zum vorderen Sensor 168 zurück und liest erneut den Signalpegel ein. Diese Schleife wird bis zum Eintreffen des "Blut-Abfrage"-Signals fortgesetzt. Ist demgegenüber das "Blut-Abfrage"-Signal eingetroffen, so wird der Wert des rückwärtigen Sensors eingelesen 176.
Als nächstes bestimmt die Systemsoftware die Differenz zwischen dem Wert des vorderen Sensors und dem gerade abgelesenen Wert des rückwärtigen Sensors und überprüft, ob dieses Ergebnis unter dem maximalen akzeptablen Signalpegelwert 178 liegt. Ist dies nicht der Fall, so wird ein Fehler-Flag 180 gesetzt, das angibt, daß das Blut am vorderen Sensor nicht das gleiche wie am rückwärtigen Sensor ist. Dieser Fehler wird gemeldet und bei 134 angezeigt.
Liegt das Ergebnis unter dem maximalen akzeptablen Pegelwert, so ist der Zyklus zu Ende und das System wartet auf den nächsten Zyklusbefehl 182. Ein neuer Befehl 184 startet die Erfassungsvorrichtung für den nächsten Zyklus.
Durch Hinzufügen einer Computerschnittstelle zu der in Fig. 4 dargestellten Anordnung, läßt sich das Blasenerfassungssystem wie in Fig. 4A dargestellt erweitern. Beispielsweise lassen sich Qualitätskontrolleinrichtungen zur Überwachung der Drift am vordern und rückwärtigen Sensor vorsehen, und alle vorstehend bezeichneten Vergleiche lassen sich leicht, schnell und genau durchführen. Neben anderen durch diese Verbesserung ermöglichten Eigenschaften läßt sich auch die Empfindlichkeit der Differenz vom vorderen zum rückwärtigen Sensor meßbar erhöhen und verbessern.
Fig. 4A zeigt in Form eines Blockdiagramms die zusätzlichen Elemente der Kombination. Wie beschrieben, werden die Ausgangssignale der Verstärker 98 und 100 zunächst einem Analogschalter 186 zugeführt, der die Funktion einer schnellen Schaltvorrichtung realisiert, so daß die Ausgangssignale automatisch vom vorderen Sensorkanal 52F zum rückwärtigen Sensorkanal 52R geschalten werden können. Das selektierte Ausgangssignal des Analogschalters 186 wird einem Analog-Digital-Wandler 188 zugeführt, der das anliegende selektierte analoge Signal für das Computersystem 190 in Digitalform umwandelt.
Das System 190 bestimmt den Kanal, der betrachtet werden soll und schließt den Analogschalter 186 entsprechend. Dieses Signal wird dem A/D-Wandler 188 zugeführt. Der Rechner 190 läßt die A/D- Umsetzung durch den A/D-Wandler vornehmen, und der A/D-Wandler übermittelt dem Rechner das Ende der Umsetzung. Der Rechner 190 übernimmt die Daten - d.h. die Digitaldaten - auf den Bus 194 und führt die erforderlichen Funktionen gemäß dem Flußdiagramm in Fig. 5 aus.

Claims

1. Elektronische Untersuchungs- und Überwachungsvorrichtung (10) zum Nachweis von Verunreinigungen, einschließlich Lufteinschlüsse, in einer Probenflüssigkeit und zur Meldung der nachgewiesenen Ergebnisse an das Bedienpersonal der Vorrichtung oder an eine Ausgabeüberwachungseinrichtung vor Untersuchung der Probenflüssigkeit; wobei die Vorrichtung (10) eine Steuerlogik (92) zur Erzeugung und Abgabe unterschiedlicher Steuersignal-Spannungspegel innerhalb der Vorrichtung (10) aufweist, und ein Probenflüssigkeitsabteil- und Verdünnungsventil (48) zum Abteilen und Verdünnen einer festgelegten Probenflüssigkeitsmenge von einer zugeführten Probe (38) zur Untersuchung durch die Vorrichtung (10), wobei das Abteilventil (48) einen Eingangsbereich (50F) und einen Ausgangsbereich (50R) aufweist,

gekennzeichnet durch

eine erste Erfassungsvorrichtung (52F) zum Erfassen der Probenflüssigkeit im Eingangsbereich (50F) des Ventils (48) und zur Bildung eines ersten Zustandspannungs-Signalpegels bezogen auf den Zustand der Flüssigkeit in der ersten Erfassungsvorrichtung; eine zweite Erfassungsvorrichtung (52R) zum Erfassen der Flüssigkeit im Ausgangsbereich (50R) des Ventils (48) und zur Bildung eines zweiten Zustandsspannungs-Signalpegels bezogen auf den Zustand der Flüssigkeit in der zweiten Erfassungsvorrichtung; eine Abtast- und Speichervorrichtung (102, 104) zum Abtasten und Speichern der durch die erste und zweite Erfassungsvorrichtung (52F, 52R) gebildeten Signale;

eine mit der Steuerlogik (92) funktionsfähig verbundene Vergleichervorrichtung (108, 110, 112, 114) zum Vergleich der Signale der ersten und zweiten Erfassungsvorrichtung (52F, 52R) und zur Bildung eines Differenzsignals aufgrund dieses Vergleichs; und eine Vorrichtung (112) zur Erzeugung eines vorgegebenen Schwellensignalpegels, mit welchem das Differenzsignal verglichen wird, wobei der Schwellensignalpegel zusammen mit der Steuerlogik (92) ein Akzeptieren der Flüssigkeits- Zustandsspannungsignale bewirkt, wenn das Differenzsignal an oder unter dem vorgegebenen Schwellenpegel liegt, und ein Zurückweisen der Flüssigkeits-Zustandsspannungssignale wenn das Differenzsignal über dem Schwellensignalpegel liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

die erste und zweite Erfassungsvorrichtung (52F, 52R) photooptische Elemente umfassen, die jeweils mit dem Eingangsbereich (50F) und dem Ausgangsbereich (50R) des Ventils (48) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Erfassungsvorrichtungen (52F, 52R) jeweils eine Vorrichtung (84, 86) zur Erzeugung und zum Empfang von optischer Infrarot-Strahlung aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Erfassungsvorrichtungen (52F, 52R) jeweils ein lichtundurchlässiges Element (56) aufweisen, das mit einer Öffnung (76) versehen ist, die orthogonal zum Flüssigkeitsstrom angeordnet ist, um bei jeder Erfassungsvorrichtung einen Strahlengang durch den Flüssigkeitsstrom zu erzeugen, so daß die Erfassung von eingeschlossenem Material in der Größenordnung von 0,060 Mikroliter möglich ist, wobei die Erfassungsvorrichtungen (52F, 52R) jeweils so ausgelegt sind, daß sie die durch sie fließende Flüssigkeit überspannen können.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

gekennzeichnet durch

eine Bezugspegelvorrichtung (94, 96) zum Einstellen und Steuern der Ausgangssignalpegel der Erfassungsvorrichtungen (52F, 52R) zur Festlegung eines Basisbezugspegelsignals bezogen auf die Lichtundurchlässigkeit oder Dichte der die Erfassungsvorrichtungen durchlaufenden Flüssigkeitsprobe.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

zunächst eine in höchstem Maße lichtdurchlässige Verdünnungsflüssigkeit durch beide Erfassungsvorrichtungen (52F, 52R) und das Ventil (48) fließt, und die beiden Erfassungsvorrichtungen bezogen auf die sie durchströmende Flüssigkeit Bezugssignalpegel zum Vergleich mit dem Schwellensignalpegel zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuerlogik (92) Ausgangssteuersignale abgibt, die anzeigen, daß eine Differenz zwischen den von der ersten und zweiten Erfassungsvorrichtung abgegebenen Zustandssignalen bestand; oder daß der vorgegebene Schwellensignalpegel von der Schwellenvorrichtung (112) nicht überschritten wurde; oder daß Lufteinschlüsse oder eine andere Verunreinigung während des Betriebs der Vorrichtung (10) nachgewiesen wurde.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6,

dadurch aekennzeichnet, daß

die Abtast- und Speichervorrichtung (102, 104) einen ersten Teil (102) und einen zweiten Teil (104) umfaßt, wobei der erste Teil (102) mit der ersten Erfassungsvorrichtung (52F), und der zweite Teil (104) mit der zweiten Erfassungsvorrichtung (52R) gekoppelt ist, daß die Abtast- und Speichervorrichtung (102, 104) Signale an einen Differenzverstärker (106) abgibt, welche zur Feststellung der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Erfassungsvorrichtung (52F, 52R) bezüglich der untersuchten Flüssigkeit dienen, und daß die Differenz der Ausgangssignale von der Vergleichervorrichtung (108, 110, 112, 114) verglichen wird, um festzustellen, ob Verunreinigungen in der Flüssigkeit vorhanden sind oder nicht.

9. Verfahren zum Nachweis von Verunreinigungen, einschließlich Lufteinschlüssen, in einer Probenflüssigkeit in einer elektronischen Untersuchungs- und Überwachungseinrichtung (10) und zur Meldung der nachgewiesenen Ergebnisse an das Bedienpersonal der Vorrichtung oder an eine Ausgabeüberwachungseinrichtung vor Untersuchung der Probenflüssigkeit; wobei die Vorrichtung (10) eine Steuerlogik (92) zur Erzeugung und Abgabe unterschiedlicher Steuersignal-Spannungspegel innerhalb der Vorrichtung (10) aufweist, und ein Probenflüssigkeitsabteilund Verdünnungsventil (48) zum Abteilen und Verdünnen einer Probenflüssigkeitsmenge einer zugeführten Probe (38), wobei das Abteilventil (48) einen Eingangsbereich (50F) und einen Ausgangsbereich (50R) aufweist,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Erfassen der Probenflüssigkeit am Eingangsbereich (50F) durch eine erste Erfassungsvorrichtung (52F); Bildung eines ersten Zustandsspannungs-Signalpegels bezogen auf den Zustand der Flüssigkeit in der ersten Erfassungsvorrichtung;

Erfassen der Flüssigkeit am Ausgangsbereich (50R) durch eine zweite Erfassungsvorrichtung (52R); Bildung eines zweiten Zustandsspannungs-Signalpegels bezogen auf den Zustand der Flüssigkeit in der zweiten Erfassungsvorrichtung; Abtasten und Speichern (102, 104) der durch die erste und zweite Erfassungsvorrichtung (52F, 52R) gebildeten Signale; Vergleichen (108, 110, 112, 114) der Signale von der ersten und zweiten Erfassungsvorrichtung (52F, 52R); Bildung eines Differenzsignals aufgrund dieses Vergleiches; und Bestimmung (112) eines vorgegebenen Schwellensignalpegels, mit welchem das Differenzsignal verglichen wird; Akzeptieren (92) des Zustandsspannungssignals, wenn das Differenzsignal an oder unter dem vorgegebenen Schwellenpegel liegt, und Zurückweisen des Zustandsspannungssignals, wenn das Differenzsignal über dem Schwellensignalpegel liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Erzeugung von Ausgangssignalen durch die Abtast- und Speichervorrichtung (102, 104) bezogen auf die Zustandsspannungspegel (52F, 52R); Abgabe der Ausgangssignale an einen Differenzverstärker (106); Bestimmung des Differenzsignals für die untersuchte Flüssigkeit; Vergleichen des Differenzsignals durch die Vergleichervorrichtung (108, 110, 112, 114), um festzustellen, ob Verunreinigungen in der Flüssigkeit vorhanden sind oder nicht.